DE2018895A1 - Capacitance measuring circuit - Google Patents

Capacitance measuring circuit

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DE2018895A1 DE19702018895 DE2018895A DE2018895A1 DE 2018895 A1 DE2018895 A1 DE 2018895A1 DE 19702018895 DE19702018895 DE 19702018895 DE 2018895 A DE2018895 A DE 2018895A DE 2018895 A1 DE2018895 A1 DE 2018895A1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance

Description

PATENTANWÄLTE * ν « ν ^vPATENTANWÄLTE * ν «ν ^ v DIPL.-ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANNDIPL.-ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, 2.Aui0. 8 Munich 2, Rosental 7, 2nd AUI 0 .

Tal.-Adr. Ulnpat München Valley addr. Ulnpat Munich

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Unsar ZaichaitUnsar Zaichait

Lw/St.Lw / h

Nils Aage Juul Eilersen, Gjrfngehusvej 226-232,Nils Aage Juul Eilersen, Gjrfngehusvej 226-232,

DK 2950 Vedboek, DänemarkDK 2950 Vedboek, Denmark

Kapazitäts-MeßkreisCapacitance measuring circuit

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kapazitäts-Meßkreis und insbesondere auf einen Kreis zum Vergleichen und Messen von kleinen Kapazitäten und geringen Änderungen in der Kapazität. Die betreffenden Kapazitätselemente werden nachfolgend als Kondensatoren bezeichnet, gleichgültig ob sie die Form von üblichen Kondensatoren für allgemeine Schaltungszwecke oder die Form von Spezialkonstruktionen zum Messen physikalischer Werte haben, wie z. B-, von Brücken in einem Rohr, Zusammenziehungen und Ausdehnungen von Konstruktionsteilen usw. Wo die Kapazitätswerte von zwei Kondensatoren verglichen werden sollen, wird einer von ihnen als Hauptkondensator und der andere ale Bezugskondensator bezeichnet, obwohl diese beiden Bezeichnungen in vielen Fällen frei austauschbar sind.The invention relates to a capacitance measuring circuit and, more particularly, to a circuit for comparing and measuring small capacitances and small changes in capacitance. The capacitance elements in question are referred to below as capacitors, regardless of whether they are in the form of conventional capacitors for general circuit purposes or in the form of special constructions for measuring physical values, such as e.g. B-, bridges in a pipe, contractions and expansions of structural parts, etc. Where the capacitance values of two capacitors are to be compared , one of them is called the main capacitor and the other is called the reference capacitor, although in many cases these two names are freely interchangeable.

Zum Vergleichen der Kapazitätswerte eines Hauptkonden- eators und eines Bezugskondensators sind SchaltungenThere are circuits for comparing the capacitance values of a main capacitor and a reference capacitor

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bekannt, in denen beide Kondensatoren mit den Anschlüssen eines Oszillators oder einer anderen Quelle einer Eingangswechselspannung durch Eingangskreise verbunden sind, aie Gleichrichterkopplungen mit entgegengesetzten Leitungsrichtungen einschließen, und die auch mit diesen Anschlüssen durch Ausgangskreise verbunden sind, die einen Verbraucher einschließen, der den Ausgangskreisen beider Kondensatoren gemeinsam angehört. Auf diese Weise, wird eine Ausgangs-Gleichspannungskomponente an diesem Verbraucher erzeugt, die den Unterschied der Kapazitätswerte der beiden Kondensatoren darstellt, und sie kann mittels eines Gleichstrom-Meßinstrumentes gemessen werden, das selbst die Form des gemeinsamen Verbrauchers oder eines Teils dieses Verbrauchers hat, um diese Differenz festzustellen.known in which both capacitors are connected to the terminals of an oscillator or another Source of AC input voltage through input circuits are connected, aie include rectifier couplings with opposite line directions, and which are also connected to these connections by output circuits, which are a consumer include, which belongs to the output circuits of both capacitors in common. That way, will an output DC voltage component is generated at this consumer, which represents the difference in the capacitance values of the two capacitors, and it can be measured by means of a direct current measuring instrument be measured, which itself has the shape of the common consumer or part of this consumer, to determine this difference.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die erwähnte Gleichspannungskomponente außerdem nicht nur von dem Spitze-Spitze-Wert der Eingangsspannung abhängt sondern auch vom Grad der Symmetrie der Eingangsspannung in Bezug auf die positiven und negativen Spitzenwerte und der relativen Dauer der positiven und negativen Halbzyklen. Wenn die Symmetrie in Bezug auf die Spitzenwerte mittels eines Spannungsteilers hergestellt wird, wird es außer durch Verwendung eines Transformators unmöglich, sowohl einen Anschluß des Oszillators als auch einen Anschluß jedes Kondensators zu erden, wie es für praktische Zwecke höchst erwünscht ist, und es kann immer noch mangelnde Symmetrie in Bezug auf die relative Dauer der positiven und negativen Halbzyklen vorhanden sein.However, it has been found that the mentioned DC voltage component is also not only depends on the peak-to-peak value of the input voltage but also on the degree of symmetry of the input voltage in terms of the positive and negative peaks and the relative duration of the positive and negative half cycles. When the symmetry in relation to the peak values is established by means of a voltage divider becomes impossible to connect both of the Oscillator as well as one terminal of each capacitor, as is most desirable for practical purposes is, and there may still be lack of symmetry in terms of the relative duration of the positive and negative half cycles may be present.

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Der Einfluß der Eingangsspannung auf das Meßergebnis kann natürlich durch eine Eingangsspannungs-Kontrollvorrichtung ausgeschaltet werden, aber wenn diese auch Fehler ausschalten soll, die sich aus der mangelnden Symmetrie ergeben, wird sie ziemlich aufwendig und teuer sein müssen.The influence of the input voltage on the measurement result can of course by an input voltage control device should be switched off, but if this should also eliminate errors resulting from the If there is a lack of symmetry, it will have to be quite complex and expensive.

Der Kapazitäts-Meßkreis gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptkondensator und ein Bezugskondensator, die jeweils mit einem Hilfskondensator in Reihe geschaltet sind, zwischen Anschlüssen zum Zuführen einer Wechselspannung verbunden sind, daß sowohl der Hauptkondensator als auch der Bezugskondensator jeweils im Nebenschluß mit zwei spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen mit entgegengesetzten Leitungsrichtungen stehen und daß wenigstens ein Paar der spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen, die mit dem Hauptkondensator bzw. dem Bezugskondensator verbunden sind und entgegengesetzte Leitungsrichtungen haben, durch einen gemeinsamen Verbraucher vervollständigt sind.The capacitance measuring circuit according to the invention is characterized in that a main capacitor and a reference capacitor, each connected in series with an auxiliary capacitor, between terminals are connected for supplying an alternating voltage, that both the main capacitor and the reference capacitor are each shunted with two voltage-limiting Rectifier couplings with opposite line directions are and that at least a pair of the voltage-limiting rectifier couplings, which are connected to the main capacitor and the reference capacitor and opposite line directions have, are completed by a common consumer.

Wie es nachfolgend gezeigt wird, wird es durch Verwendung des Kreises gemäß der Erfindung möglich, den Einfluß sowohl des Spitzen-Spitzen-Wertes als auch jeder mangelnden Symmetrie der Eingangsspannung im wesentlichen auszuschalten.As will be shown below, by using the circle according to the invention it becomes possible the influence of both the peak-to-peak value and any lack of symmetry in the input voltage im essential off.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weisen einige der Gleichrichterkopplungen Zener-Dioden auf, die den Kreisen des Hauptkondensators und des Bezugskondensators gemeinsam angehören können oder nicht. ._In preferred embodiments of the invention, some of the rectifier couplings have Zener diodes that can belong to the circuits of the main capacitor and the reference capacitor together or not. ._

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Wenn eine hohe Genauigkeit nicht wesentlich ist und der Hauptzweck darin besteht, Veränderungen des
Kapazitätswertes des Hauptkondensators zu schätzen,
kann der Kreis dadurch vereinfacht werden, daß der
Bezugskondensator und alle Gleichrichterkopplungen,
die mit ihm verbunden sind, fortgelassen werden.
When high accuracy is not essential and the main purpose is to change the
Estimate the capacitance value of the main capacitor,
the circle can be simplified by the
Reference capacitor and all rectifier couplings,
associated with it are omitted.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:The invention is described below with reference to the drawing. Show in it:

Fig. 1 einen Kreis gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
1 shows a circle according to a first embodiment
the invention;

Fig. 2 einen Kreis gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;2 shows a circuit according to a second embodiment of the invention;

Fig. 3 einen Kreis gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung3 shows a circle according to a third embodiment of the invention

und
Fig. 4 einen Kreis gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
and
4 shows a circle according to a fourth embodiment of the invention.

In der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein Hauptkondensator
C im Nebenschluß mit einer ersten spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplung, die aus einer Diode Dl besteht, und einer zweiten spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplung, die aus einer Diode D2, einer Zener-Diode Zl und einem Verbraucher RG-CG besteht. Ein Bezugskondensator C3 befindet sich im Nebenschluß mit einer ersten spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplung, die aus
einer Diode D4 besteht, und einer zweiten spannungs-
In the first embodiment of the invention shown in Fig. 1 there is a main capacitor
C shunted with a first voltage-limiting rectifier coupling, which consists of a diode Dl, and a second voltage-limiting rectifier coupling, which consists of a diode D2, a Zener diode Zl and a consumer RG-CG. A reference capacitor C3 is shunted to a first voltage limiting rectifier coupling which is made up of
a diode D4, and a second voltage

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begrenzenden Gleichrichterkopplung, die aus einer Diode D3» einer Zener-Diode Z2 und dem Verbraucher RG-CG besteht, der auch zu der zweiten Gleichrichterkopplung des Hauptkondensators C gehört» Der Hauptkondensator ist mit einem Hilfskondensator C2 zwischen den Anschlüssen O und UOSC eines Oszillators oder einer anderen geeigneten Wechselspannungsquelle in Reihe geschaltet. Der Bezugskondensator C3 ist mit einem Hilfskondensator C4 zwischen den Anschlüssen 0 und ÜOSC in Reihe geschaltet.limiting rectifier coupling consisting of a diode D3 »a Zener diode Z2 and the consumer RG-CG consists of the second rectifier coupling of the main capacitor C belongs »The main capacitor is with an auxiliary capacitor C2 between the connections O and UOSC of an oscillator or a other suitable AC voltage source connected in series. The reference capacitor C3 is connected to an auxiliary capacitor C4 between the terminals 0 and ÜOSC connected in series.

Die Zener-Spannung der Zener-Dioden Zl und Z2 werden mit UZl und UZ2 bezeichnet.The Zener voltage of the Zener diodes Zl and Z2 are denoted by UZl and UZ2.

Die Wechselspannung UOSC, die einen positiven Spitzenwert Ul, einen negativen Spitzenwert U2 unü eine Frequenz f hat, wird an den Kreis angelegt, und es wird angenommen, daß CG^) C, C3, C2 und C4 und daß die Ausgangsspannung an dem Verbraucher RG-CG, U <<C UZl und UZ2, und daß die Schwellenspannung der Dioden Dl, D2, D3, D4 in Richtung der Leitung im Vergleich mit UZl und UZ2 vernachlässigbar ist.The alternating voltage UOSC, which has a positive peak value Ul, a negative peak value U2 unü has a frequency f is applied to the circuit and it is assumed that CG ^) C, C3, C2 and C4 and that the output voltage at the consumer RG-CG, U << C UZl and UZ2, and that the threshold voltage of the diodes Dl, D2, D3, D4 in the direction of the line in comparison with UZl and UZ2 is negligible.

Wenn UOSC den Wert Ul annimmt, wird C auf die Spannung UZl durch C2 geladen,und der Rest der Ladung, der von C2 übertragen wird, gelangt über D2 und Zl zu und durch RG-CG, wenn C die Zener-Spannung UZl erreicht hat. C2 wird die Spannung Ul-UZl annehmen.When UOSC takes the value Ul, C is charged to the voltage UZl through C2, and the rest of the charge, which is transmitted by C2, arrives via D2 and Zl to and through RG-CG when C is the Zener voltage UZl has reached. C2 will assume the voltage Ul-UZl.

Ähnlich wird C3 auf die Spannung 0 über C4 geladen, da er durch D4 kurzgeschlossen ist. C4 wird die Spannung Ul annehmen.Similarly, C3 is charged to voltage 0 across C4 since it is shorted through D4. C4 becomes assume the tension Ul.

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Wenn UOSC den Wert -U2 annimmt, wird C auf 0 über C2 geladen, da er durch Dl kurzgeschlossen ist. C2 wird die Spannung -U2 annehmen.When UOSC takes on the value -U2, C is charged to 0 via C2 because it is short-circuited by Dl. C2 becomes the Accept voltage -U2.

C3 wird auf -UZ2 über C4 geladen, und der Rest der von C4 übertragenen Ladung wird über D3 und Z2 in und durch RG-CG gelangen, wenn C3 die Zener-Spannung -UZ2 erreicht. C4 wird die Spannung -U2+UZ2 annehmen.C3 is charged to -UZ2 via C4, and the rest of the charge transferred from C4 is in via D3 and Z2 and pass through RG-CG when C3 reaches Zener voltage -UZ2. C4 will assume the voltage -U2 + UZ2.

Wenn UOSC von -U2 zu Ul wechselt, überträgt C2 die Ladung C2 (Ul- UZl + U2) auf C und RG-CG.When UOSC changes from -U2 to Ul, C2 transfers charge C2 (Ul- UZl + U2) to C and RG-CG.

Da C die Ladung C UZl aufnimmt, wird RG-CG die Ladung C2 (Ul - UZl + U2) - C UZl erhalten, die dem Strom f £c2 (Ul - UZl + U2) -C UZlJ entspricht.Since C takes up the charge C UZl, RG-CG will receive the charge C2 (Ul - UZl + U2) - C UZl, which is the current f £ c2 (Ul - UZl + U2) -C UZlJ corresponds.

Wenn UOSC von Ul zu -U2 wechselt, überträgt C4 die Ladung C4 (-U2+UZ2-U1) auf C3 und RG-CG.When UOSC changes from Ul to -U2, C4 transfers charge C4 (-U2 + UZ2-U1) to C3 and RG-CG.

Da C3 die Ladung -C3 UZ2 aufnimmt, wird RG-CG die Ladung C4 (-U2+UZ2-U1) + C3 UZ2 erhalten, die dem Strom f (-U2+UZ2-U1) + C3 UZ27 entspricht.Since C3 takes the charge -C3 UZ2, RG-CG will receive the charge C4 (-U2 + UZ2-U1) + C3 UZ2, which is the current f (-U2 + UZ2-U1) + C3 UZ27 corresponds.

_j_j

Wenn die Zeitkonstante RG . CG gewählt wird als T = 3, dann wird eine Gleichspannungskomponente U an dem Verbraucher RG-CG erzeugt, die folgende Gleichung erfüllt If the time constant RG. CG is chosen as T = 3, then a DC voltage component U is on generated by the consumer RG-CG satisfies the following equation

(I) U=RG . f £C2 (U1-UZ1+U2) -C UZlJ +RG . f £~C4 (-U2+UZ2(I) U = RG. f £ C2 (U1-UZ1 + U2) -C UZlJ + RG. f £ ~ C4 (-U2 + UZ2

-Ul) + C3 UZ2J .-Ul) + C3 UZ2J.

Wenn C2 = C4 und UZl = UZ2 = UZ, dann wird die obige Gleichung auf folgende Form reduziertIf C2 = C4 and UZl = UZ2 = UZ, then the above Equation reduced to the following form

(II) U = RG f UZ (C3-C).(II) U = RG f UZ (C3-C).

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Somit wird ersichtlich se:' i, daß der Wert von U, der mittels eines üblichen Meßinstrumentes gemessen werden kann, nicht nur von dem Spitzen-Spitzen-Wert der Eingangsspannung sondern auch vom Grad der Symmetrie der Eingangsspannung abhängig ist, da alle Glieder der Gleichung (I), die die positiven und negativen Spitzenwerte Ul und -U2 enthalten, sich gegeneinander ausgleichen und die relative Dauer der positiven und negativen Halbzyklen in der Gleichung nicht auftreten.It can thus be seen: 'i that the value of U, which can be measured by means of a conventional measuring instrument, depends not only on the peak-to-peak value of the input voltage but also on the degree of symmetry of the input voltage, since all terms of equation (I), which contain the positive and negative peak values Ul and -U2, counterbalance each other and the relative Duration of the positive and negative half cycles in the equation do not occur.

Außerdem wird aus dem Ausdruck von U ersichtlich sein, daß der Kreis eine hohe Ausgangsgleichspannung und eine niedrige Ausgangsimpedanz bildet, wenn nur f und UZ entsprechend hoch gewählt werden.It will also be seen from the expression of U that the circuit has a high DC output voltage and forms a low output impedance if only f and UZ are selected correspondingly high.

Eine Verstärkung von U ist in den meisten Fällen unnötig.A reinforcement of U is unnecessary in most cases.

Es ist ein großer Vorteil, daß C, C3, U und die Wechselspannungsquelle eine gemeinsame Erdungsverbindung haben.It is a great advantage that C, C3, U and the AC voltage source have a common ground connection to have.

Wenn UZ hoch gewählt wird, kann es jedoch schwierig sein, eine ausreichende Gleichmäßigkeit der Temperatur-Koeffizienten von UZl und UZ2 über einen weiten Temperaturbereich zu erzielen, und wenn UZl Φ UZ2, dann ist der O-Punkt von U stark verschoben.If UZ is chosen to be high, however, it can be difficult to achieve sufficient uniformity of the temperature coefficients of UZl and UZ2 over a wide temperature range, and if UZl Φ UZ2 then the 0 point of U is strongly shifted.

Das kann vermieden werden durch Ausbildung des Kreises mit einer einzelnen Zener-Diode Z aber mit zwei gesonderten Dioden D5 und D6, wie es in der Ausführung gemäß Fig. 2 gezeigt ist.This can be avoided by forming the circle with a single Zener diode Z but with two separate diodes D5 and D6, as shown in the embodiment of FIG.

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Im Fall dieses Kreises lassen sich dieselben Gleichungen wie bei dem Kreis gemäß Fig. 1 anwenden. Das besondere Merkmal des Kreises gemäß Fig. 2ist jedoch das, daß D5, D6 und Z so miteinander verbunden sind, daß die von C2 zu RG-CG übertragene Ladung durch D2, Z, D6 hindurchtritt, während die von C4 zu RG-CG übertragene Ladung durch D3, Z, D5 hindurchtreten wird. Somit werden die zu RG-CG übertragenen Ladungen durch dieselbe Zener-Diode hindurchtreten, wodurch das Problem verschiedener Temperatur-Koeffizienten von UZl und UZ2 in dem Kreis gemäß Fig. ausgeschaltet ist.In the case of this circle, the same equations can be used as in the case of the circle according to FIG. 1. The special feature of the circle according to Fig. 2, however, is that that D5, D6 and Z are connected to each other in such a way that the charge transferred from C2 to RG-CG passes through D2, Z, D6, while the charge transferred from C4 to RG-CG will pass through D3, Z, D5. So they become RG-CG transferred charges pass through the same Zener diode, eliminating the problem of different temperature coefficients of UZl and UZ2 in the circle according to FIG. Is switched off.

Die Möglichkeit, einen Kreis, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, wirksam zu machen, hängt von der Tatsache ab, daß eine Schwellenspannung von 0,3 - 0,6 Volt überschritten werden muß, bevor eine Diode in Richtung der Leitung leitet, da andererseits die von C2 zu RG-CG zu übertragende Ladung nicht über D2, Z, D6 zu RG-CG gelangen würde sondern stattdessen ihren Weg über D2, Z, Dj5, D4 nehmen und somit RG-CG umgehen würde, sobald die Spannung U etwas positiv würde.The ability to make a circle as shown in Fig. 2 effective depends on the fact that a threshold voltage of 0.3-0.6 volts must be exceeded before a diode conducts in the direction of the line, on the other hand, the charge to be transferred from C2 to RG-CG would not reach RG-CG via D2, Z, D6 but instead would take their way via D2, Z, Dj5, D4 and thus bypass RG-CG as soon as the voltage U became somewhat positive.

Ähnlich würde die von C4 zu RG-CG zu übertragende Ladung nicht ihren Weg über D3, Z, D5 zu RG-CG sondern über D3, Z, D2, Dl nehmen und somit RG-CG umgehen, sobald die Spannung U an RG-CG etwas negativ würde.Similarly, the charge to be transferred from C4 to RG-CG would not make its way to RG-CG via D3, Z, D5 but Take via D3, Z, D2, Dl and thus bypass RG-CG as soon as the voltage U at RG-CG becomes somewhat negative.

Infolge der Schwellenspannung der Dioden werden die Ladungen durch RG-CG hindurchgelangen, so lange die Summe von U + dem Schwellenwert von D6 (im Fall von U^O) kleiner ist als die Schwellenspannung von D3 + D4. Ähnlich ist es im Fall von U<0.Due to the threshold voltage of the diodes, the charges will pass through the RG-CG as long as the sum of U + the threshold of D6 (in the case of U ^ O) is smaller is than the threshold voltage of D3 + D4. It is similar in the case of U <0.

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In der Praxis wird das Ergebnis so sein, daß U auf U<C-0,25 Volt begrenzt ist, da aber die Ausgangs-Impedanz sehr niedrig seinkann, kann dieser einfache Meßkreis direkt Aufzeichnungsinstrumente betätigen, so daß teure Verstärker oft unnötig sind.In practice the result will be such that U has U <C-0.25 Volts is limited, but since the output impedance can be very low, this simple measuring circuit can directly operate recording instruments so that expensive amplifiers are often unnecessary.

Der Meßkreis gemäß Fig. 2,ähnlich dem gemäß Fig. 1, ist unabhängig von der Amplitude und der Symmetrie von UQSC, und C, C3, U und die Wechselspannungsquelle haben eine gemeinsame Erdungsverbindung.The measuring circuit according to FIG. 2, similar to that according to FIG. 1, is independent of the amplitude and the symmetry of UQSC, and C, C3, U and the AC voltage source have a common ground connection.

In der Ausführung gemäß Fig. 3 haben C und C3 ein Paar gemeinsame Verbraucherkreise, die in derselben Weise wie in Fig. 2 angeordnet sind, aber die einfachen Diodenverbindungen Dl und D4 an C und C3 sind ersetzt worden durch spannungsbegrenzende Gleichrichterkopplungen in Form eines weiteren Paares von gemeinsamen Verbraucherkreisen, die dem ersten Paar von gemeinsamen Verbraucherkreisen symmetrisch sind und eine Zener-Diode Z3 mit einer Zener-Spannung UZ3, Dioden D7 und D8 und einen Verbraucher RGl-CGl aufweisen. Auf diese Weise wird es möglich, hohe Werte der Ausgangsspannung U des Kreises zu erhalten. Es wird angenommen, daß CG und CGl^ C, C3, C2, C4 und daß die Ausgangespannung U ^ UZ und UZ3 *In the embodiment according to FIG. 3, C and C3 have a pair of common consumer circuits that work in the same way are arranged as in Fig. 2, but the simple diode connections Dl and D4 at C and C3 have been replaced through voltage-limiting rectifier couplings in the form of another pair of shared consumer circuits, which are symmetrical to the first pair of common consumer circuits and a Zener diode Z3 with a Zener voltage UZ3, diodes D7 and D8 and a consumer RGl-CGl have. In this way it becomes possible to get high values of the output voltage U of the circuit. It is assumed that CG and CGl ^ C, C3, C2, C4 and that the Output voltage U ^ UZ and UZ3 *

Wenn UOSC den Wert Ul annimmt, wird C auf die Spannung UZ durch C2 aufgeladen, und der Rest der von C2 übertragenen Ladung wird über D2, Z, D6 zu und durch RG-CG gelangen, wenn C die Zener-Spannung UZ erreicht hat. C2 wird die Spannung Ul-UZ annehmen.When UOSC takes the value Ul, C is charged to the voltage UZ through C2, and the rest that from C2 Transferred charge is via D2, Z, D6 to and through RG-CG arrive when C has reached the Zener voltage UZ. C2 will assume the voltage Ul-UZ.

Ähnlich wird C3 auf die Spannung UZ3 über C4 aufgeladen, und der Rest der von C4 übertragenen Ladung wirdSimilarly, C3 is charged to the voltage UZ3 via C4, and the rest of the charge transferred by C4 will

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über D4, Z3, D7 zu und durch RGl-CGl gelangen, wenn C3 die Zener-Spannung UZ3 erreicht hat. C4 wird die Spannung U1-UZ3 annehmen.via D4, Z3, D7 to and through RGl-CGl when C3 has reached the Zener voltage UZ3. C4 becomes the tension Accept U1-UZ3.

Wenn UOSC den Wert -U2 annimmt, wird C auf -UZ3 über C2 geladen, und der Rest der von C2 übertragenen Ladung wird über Dl, Z3, D8 zu und durch RGl-CGl gelangen, wenn C die Zener-Spannung -UZ3 erreicht hat. C2 wird die Spannung -U2 + UZ3 annehmen.When UOSC takes the value -U2, C is charged on -UZ3 via C2, and the rest of the charge transferred by C2 will get via Dl, Z3, D8 to and through RGl-CGl when C has reached the Zener voltage -UZ3. C2 becomes the tension -U2 + UZ3 accept.

C3 wird auf -UZ über.C4 geladen, und der Rest der von C4 übertragenen Ladung wird über D3, Z, D5 zu und durch RG-CG gelangen, wenn C3 die Zener-Spannung -UZ erreicht. C4 wird die Spannung -U2 +UZ annehmen.C3 is charged to -UZ via.C4, and the rest of the charge transferred by C4 is to and through via D3, Z, D5 RG-CG arrive when C3 reaches the Zener voltage -UZ. C4 will assume the voltage -U2 + UZ.

Wenn UOSC von -U2 zu Ul wechselt, überträgt C2 die Ladung C (Ul - UZ + U2 - UZ3) an C und RG-CG.When UOSC changes from -U2 to Ul, C2 transfers charge C (Ul - UZ + U2 - UZ3) to C and RG-CG.

Da C die Ladung C (UZ + UZ3) aufnimmt, wird RG-CG die Ladung C2 (Ul-UZ + U2-UZ3) - C (UZ + UZ3) aufnehmen, die dem Strom ff*C2 (IJl-UZ + U2 - UZ3) - C (UZ + UZ3)] entspricht.Since C takes charge C (UZ + UZ3), RG-CG will take charge C2 (Ul-UZ + U2-UZ3) - C (UZ + UZ3), the current ff * C2 (IJl-UZ + U2 - UZ3) - C (UZ + UZ3)] is equivalent to.

Wenn UOSC von Ul zu -U2 wechselt, überträgt C4 die Ladung C4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) an C3 und RG-CG.When UOSC changes from Ul to -U2, C4 transfers charge C4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) to C3 and RG-CG.

Da C3 die Ladung C3 (-UZ - UZ3) aufnimmt, wird RG-CG die Ladung C4 (-U2 + UZ - UL + UZ3) + C3 (UZ + UZ3) aufnehmen, die dem Strom f £c4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) + C3 (UZ + UZ3)] entspricht.Since C3 takes on the charge C3 (-UZ - UZ3), RG-CG will take up the charge C4 (-U2 + UZ - UL + UZ3) + C3 (UZ + UZ3), which is the current f £ c4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) + C3 (UZ + UZ 3)].

Wenn die Zeitkonstante RG . CG so gewählt wird, daß = j, dann wird eine Gleichspannungskomponente U anIf the time constant RG. CG is chosen so that = j, then a DC voltage component U an

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dem Verbraucher RG - CG mit folgenlern Wert erzieltthe consumer RG - CG achieved with the following value

(III) U = RG . f £c2 (ül - UZ + U2 - UZ3) - C (UZ + UZ3)J + RG . f [ C4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) + C3 (UZ + UZ3)J(III) U = RG. f £ c2 (ül - UZ + U2 - UZ3) - C (UZ + UZ3) J + RG. f [ C4 (-U2 + UZ - Ul + UZ3) + C3 (UZ + UZ3) J

Wenn C2 = C4, dann wird die obige Gleichung auf folgende Form reduziertIf C2 = C4, then the above equation is reduced to the following form

(IV) U = RG . f (UZ + UZ3) (C3 - C).(IV) U = RG. f (UZ + UZ3) (C3 - C).

Ähnlich wird die Spannung UA an RGl - CGI UA = RGl . f (UZ + UZ3) (C - C3).Similarly, the voltage UA across RGl - CGI UA = RGl. f (UZ + UZ3) (C - C3).

Es wird ersichtlich sein, daß, wenn RG = RGl, der Kreis eine positive und eine negative Ausgangsspannung mit gleichem numerischen Wert erzeugen wird, was häufig vorteilhaft ist. Wenn nur der Ausgangswert U benötigt wird, kann RGl - CGI mit dem Wert Null gewählt werden. Es wird ersichtlich sein, daß die Ausgangsspannung nicht nur von dem Spitzen-Spitzen-Wert der Eingangsspannung sondern auch von dem Grad der Symmetrie der Eingangsspannung abhängig ist. Mit dem Kreis gemäß Fig. 3 ist der Nachteil, daß der lMullpunkt von U infolge der Temperatur-Koeffizienten der Zener-Dioden verlagert sein kann, wie es bei dem Kreis gemäß Fig. 1 auftreten kann, auf dieselbe Weise wie in Fig. 2 ausgeschaltet worden, und außerdem kann der Einfluß der Temperatur-Koeffizienten auf die Werte U und UA dadurch ausgeschaltet werden, daß die Temperatur-Koeffizienten von UZ und UZ3 gleich gewählt werden aber mit entgegengesetzten Vorzeichen.It will be seen that when RG = RG1, the circuit has positive and negative output voltages will generate with the same numerical value, which is often advantageous. If only the initial value U is required, RGl - CGI can be selected with the value zero. It will be seen that the output voltage is not only from depends on the peak-to-peak value of the input voltage but also on the degree of symmetry of the input voltage is. With the circle according to FIG. 3, the disadvantage is that the zero point of U due to the temperature coefficient of Zener diodes can be displaced, as can occur in the circuit of FIG. 1, in the same way as in FIG Fig. 2 has been switched off, and also the influence of the temperature coefficients on the values U and UA can be switched off that the temperature coefficients UZ and UZ3 are chosen to be the same but with opposite signs.

Es wird aber ersichtlich sein, daß bei dem Kreis gemäß Fig. 3 die Ausgangsspannung so hoch und die Ausgangs-Impedanz so niedrig wie gewünscht gemacht werden kann durch entsprechende Auswahl von f, UZ und UZ3. Außerdem haben C, C3 und U und die WechselSpannungsquelle gemeinsame Erdungsverbindungen·It will be seen, however, that in the circuit of FIG. 3 the output voltage is as high as the output impedance can be made as low as desired by selecting f, UZ and UZ3 accordingly. aside from that C, C3 and U and the AC voltage source have in common Ground connections

-12--12-

009845/1338009845/1338

Der in Fig. 4 gezeigte Kreis entspricht demjenigen der Fig. 1 mit der Abwandlung, daß der Bezugskondensator C3 und alle mit ihm verbundenen Komponenten, d. h. C4, D3, D4 und Z2 entfernt worden sind. Der vereinfachte Kreis gemäß Fig. 4 kann in Fällen verwendet werden, wo Meßgenauigkeit nicht wesentlich ist und wo insbesondere die Änderungen des Hauptkondensators bestimmt werden sollen. Die Ausgangsspannung an RG-CG wird folgendermaßen sein: (V) U = RG . f [C2 (Ul - UZ + U2) - C . UZ ] .The circle shown in FIG. 4 corresponds to that of FIG. 1 with the modification that the reference capacitor C3 and all components connected to it, d. H. C4, D3, D4 and Z2 have been removed. The simplified circle 4 can be used in cases where measurement accuracy is not essential and where in particular the changes of the main capacitor are to be determined. The output voltage at RG-CG will be as follows: (V) U = RG. f [C2 (Ul - UZ + U2) - C. UZ].

Es wird ersichtlich sein, daß, wenn während einer Testperiode Ul, U2 und UZ konstant bleiben, die Änderungen von U proportional sind zu den Änderungen von C.It will be seen that if U1, U2 and UZ remain constant during a test period, the changes of U are proportional to the changes in C.

Wenn es erwünscht ist, kann die Ausgangsspannung statt direkt gemessen zu werden, mit einer Bezugsspannung verglichen werden, die so eingestellt werden kann, daß sie einen neutralen Zustand bildet, aus dem Änderungen von C registriert werden können.If desired, the output voltage can be measured with a reference voltage instead of directly which can be set to form a neutral state from which changes in C can be registered.

Obwohl in allen gezeigten Ausführungsformen der Verbraucher, an dem die für Meßzwecke zu verwendende Ausgangsspannung entwickelt wird, in Form eines Widerstandes RG und eines Kondensators CG in Parallelschaltung gezeigt ist, kann der Verbraucher, wenn es erwünscht ist, auch aus irgendeiner Form einer elektrischen Impedanz bestehen.Although in all the embodiments shown, the consumer on which the to be used for measuring purposes Output voltage developed is shown in the form of a resistor RG and a capacitor CG connected in parallel If so desired, the load can also consist of some form of electrical impedance.

-13--13-

0 0 9-8 4 5/133 80 0 9-8 4 5/133 8

Claims (6)

- 13 Patentansprüche : - 13 claims: (P(P Kapazitäts-Meßkreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptkondensator (C) und ein Bezugskondensator (C3), die jeweils mit einem Hilfskondensator (C2 bzw. C4) in Reihe geschaltet sind, zwischen Anschlüssen (O, UOSC) zum Zuführen einer Wechselspannung verbunden sind, daß sowohl der Hauptkondensator (C) als auch der Bezugskondensator (C3) jeweils im.Nebenschluß mit zwei spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen mit entgegengesetzten Leitungsrichtungen stehen und daß wenigstens ein Paar der spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen, die mit dem Hauptkondensator (C) bzw. dem Bezugskondensator (C3) verbunden sind und entgegengesetzte Leitungsrichtungen haben, durch einen gemeinsamen Verbraucher (RG-CG bzw. RGl-CGl) vervollständigt sind.Capacitance measuring circuit, characterized in that a main capacitor (C) and a reference capacitor (C3), each connected in series with an auxiliary capacitor (C2 or C4), between connections (O, UOSC) for supplying an alternating voltage are connected that both the main capacitor (C) and the reference capacitor (C3) each in a shunt with two voltage-limiting rectifier couplings with opposite one another Line directions are and that at least one pair of the voltage-limiting rectifier couplings that are connected to the Main capacitor (C) or the reference capacitor (C3) are connected and have opposite line directions, are completed by a common consumer (RG-CG or RGl-CGl). 2. Kapazitäts-Meßkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen des Hauptkondensators und des Bezugskondensators, die nicht durch den gemeinsamen Verbraucher vervollständigt sind, jeweils aus einer Gleichrichter-Diode besteht, die den betreffenden Kondensator in Richtung seiner Leitung kurzschließt.2. capacitance measuring circuit according to claim 1, characterized in that a pair of voltage-limiting Rectifier couplings of the main capacitor and the reference capacitor that are not through the common consumer are completed, each consists of a rectifier diode, which the capacitor in question shorts in the direction of his line. 3. Kapazitäts-Meßkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen des Hauptkondensators und des Bezugskondensators, die durch den gemeinsamen Verbraucher vervollständigt sind, jeweils aus einer Zener-Diode besteht. 3. capacitance measuring circuit according to claim 1, characterized in that a pair of voltage-limiting Rectifier couplings of the main capacitor and the reference capacitor, which are through the common consumer are completed, each consisting of a Zener diode. -14--14- 9845/1338 '9845/1338 ' 4. Kapazitäts-Meßkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen des Hauptkondensators und des Bezugskondensators, die durch den gemeinsamen Verbraucher vervollständigt sind, aus einer gemeinsamen Zener-Diode besteht, die durch eine Reihenverbindung von zwei Gleichrichter-Dioden überbrückt ist, die dieselbe Leitungsrichtung haben, wobei der gemeinsame Punkt der Gleichrichter-Dioden mit dem gemeinsamen Verbraucher verbunden ist.4. capacitance measuring circuit according to claim 1, characterized characterized in that a pair of voltage limiting rectifier couplings of the main capacitor and the Reference capacitor, which are completed by the common consumer, from a common Zener diode which is bridged by a series connection of two rectifier diodes, which have the same conduction direction, with the common point of the rectifier diodes is connected to the common consumer. 5. Kapazitäts-Meßkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei symmetrische Paare von spannungsbegrenzenden Gleichrichterkopplungen der in Anspruch 4 gekennzeichneten Art, wobei jedes dieser Paare einen gemeinsamen Verbraucher aufweist.5. capacitance measuring circuit according to claim 4, characterized by two symmetrical pairs of voltage-limiting Rectifier couplings of the type characterized in claim 4, each of these pairs having a common consumer having. 6. Kapazitäts-Meßkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskondensator und die mit ihm verbundenen Gleichrichterkopplungen fortgelassen sind.6. capacitance measuring circuit according to claim 1, characterized in that the reference capacitor and with it connected rectifier couplings are omitted. 009845/ 1 338009845/1 338 LeerseiteBlank page
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